某傾斜砌體圍墻的鑒定與加固

盛光喜（安徽省建設(shè)工程測試研究院有限責任公司，安徽 合肥 230007）

圍墻廣泛存在于工業(yè)與民用建筑中，現(xiàn)有的鑒定標準對圍墻并無明確的鑒定方法。本文按照《既有建筑鑒定與加固通用規(guī)范》（GB55021-2021）[1]的原則，結(jié)合具體工程實例對圍墻的鑒定思路和方法進行研究，并根據(jù)其不滿足規(guī)范的程度提出相應的加固處理措施。

1 工程概況

某圍墻坐落于某中小學校內(nèi)，建成于20世紀90年代，斷面圖如圖1所示，平面圖如圖2所示。圍墻高度H1為3m，內(nèi)外側(cè)地面高差為ΔH=1m，墻厚h為240mm，墻長為20m，基礎(chǔ)埋深為0.6m，未設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱，每隔S=4m設(shè)一扶壁柱，扶壁柱寬bw=240mm，凸出墻面厚度為hw=120mm。業(yè)主單位發(fā)現(xiàn)圍墻出現(xiàn)傾斜，且出現(xiàn)裂縫，擔心圍墻會出現(xiàn)安全問題，委托做安全鑒定。

圖1圍墻斷面圖

圖2圍墻平面圖（局部）

2 現(xiàn)場檢測及數(shù)據(jù)分析

根據(jù)檢測標準對該圍墻進行檢測：采用回彈法對該圍墻砌墻磚進行檢測,其磚抗壓強度達到MU10；采用貫入法對該圍墻砌筑砂漿進行檢測，其砂漿強度達到M2.5；采用全站儀在扶壁柱處、墻段中部檢測圍墻頂端的傾斜情況，其傾斜量為0mm～20mm，平均傾斜度達10mm；肉眼觀察圍墻僅出現(xiàn)豎向裂縫、不規(guī)則裂縫，未發(fā)現(xiàn)承載力不足引起的受力裂縫。

經(jīng)分析，圍墻裂縫主要是材料漲縮、溫度收縮等因素導致的收縮裂縫。

3 安全鑒定分析

3.1 復核驗算的基本思路

結(jié)合文獻[1]的前言部分及正文規(guī)定，當鑒定原結(jié)構(gòu)在剩余設(shè)計使用年限內(nèi)的安全性時，應采用不低于原設(shè)計規(guī)范進行驗算。

驗算分析可以依據(jù)現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范，也可以依據(jù)原設(shè)計規(guī)范。當采用現(xiàn)行規(guī)范驗算不滿足要求時，建議采用原設(shè)計規(guī)范進行驗算。

當圍墻的實際情況在現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的適用條件以外（如e/y＞0.6），但卻在舊版設(shè)計規(guī)范之內(nèi)（e/y≤0.7）時，可利用舊版設(shè)計規(guī)范的公式進行驗算，但復核驗算時需注意新老規(guī)范的不同規(guī)定（如偏心距的計算、材料強度的分項系數(shù)）。材料的分項系數(shù)建議按現(xiàn)行規(guī)范取值。

本文所研究的圍墻為鑒定原結(jié)構(gòu)在剩余設(shè)計工作年限內(nèi)的鑒定情況，因而可以采用原設(shè)計規(guī)范進行驗算。

3.2 高厚比等構(gòu)造驗算

圍墻計算高度為7m，折算厚度0.262m，計算高厚比β=7/0.262=26.7。查文獻《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50003-2011[2]，允許高厚比β=22×1.3=28.6＞26.7，高厚比滿足要求。

3.3 作用效應分析

圍墻主要承受自重、風荷載、土壓力，當圍墻傾斜時還需考慮傾斜引起的重力附加彎矩。

3.3.1 風荷載

風壓力的計算，按2012版《建筑荷載設(shè)計規(guī)范》[3]及其條文說明，風壓存在截斷高度，低于某一高度時，其風壓不再減小。如B類地貌，低于10m時，其風壓取10m處的風壓。

但按88版《建筑荷載設(shè)計規(guī)范》[4]，其風壓不存在截斷高度，計算位置位于地面時其設(shè)計風壓為0。圍墻高度一般較矮，其所受的風壓一般達不到10m高度處的風壓，本文驗算時取圍墻頂端高度處的風壓進行驗算，按文獻[4]的梯度風速公式計算風壓。

該圍墻處于農(nóng)村，基本風壓為0.40kN/m2，根據(jù)文獻[4]中B類地貌的風速梯度公式，算得：

3.3.2 傾斜引起的軸力和彎矩

圍墻為砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，墻體彎曲變形占墻體傾斜變形中的比例很小，故而假定墻體作為剛性轉(zhuǎn)動的誤差不大，計算墻體傾斜產(chǎn)生的附加彎矩。

3.3.3 土壓力

土的重度取為γs=18kN/m2，素填土的側(cè)向主動土壓力系數(shù)取為Ka=0.4，Kp=2.5。

3.3.4 其他荷載

因位于6度區(qū)，可不考慮地震工況。

3.3.5 作用效應設(shè)計值

3.4 抗力分析

該圍墻砌筑砂漿強度為M2.5，磚抗壓強度為MU10。該強度在2010版《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中并無對應的砌體強度，可以通過查閱1988版《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[5]，得到其砌體設(shè)計強度標準值為fk=2.07MPa，再查文獻[1]的條文說明可知，與舊規(guī)范相比，新版設(shè)計規(guī)范中材料分項系數(shù)為γf=1.6，故而按新規(guī)范可靠度換算砌體強度設(shè)計值。

式中M-彎矩設(shè)計值；

N-軸壓力設(shè)計值；

I-墻體截面模量；

y-計算點距截面重心的y項距離；

A-截面面積；

ftm-砌體彎曲抗拉強度；

f-砌體抗壓強度。

代入前文的數(shù)據(jù)，并注意由于是T型截面，最大邊壓力、最大邊拉力的計算點距截面中心的y向距離不一致，式（1）和式（2）分別變成：

可知，按1988版砌體規(guī)范和荷載規(guī)范進行驗算，該圍墻截面邊緣拉應力、壓應力均超出規(guī)范限值，承載力不滿足要求。

3.5 地基基礎(chǔ)鑒定

本例地基基礎(chǔ)驗算結(jié)果為滿足要求。本工程的圍墻有較大傾斜，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)傾斜主要是由于地基變形不均勻引起，結(jié)合地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，10mm/（3+1）m=2.5‰；另外由于基礎(chǔ)底部承受的彎矩較大，偏心距較大，基礎(chǔ)承載力不滿足要求，地基基礎(chǔ)鑒定為Du級。

3.6 圍墻鑒定

地基基礎(chǔ)鑒定為Du級，圍墻上部結(jié)構(gòu)鑒定為Du級，整體鑒定為Dsu級。

4 加固處理方案

因該圍墻鑒定為Dsu級，一般情況下，建議拆除重建。若出于紀念意義需要使用且不便拆除時，也可以采取加固措施。

4.1 加固的基本思路

因圍墻整體傾斜未超出4‰，但局部傾斜超出4‰（20mm，約5‰），若傾斜已經(jīng)穩(wěn)定，不再繼續(xù)增加，可以在傾斜方向上增加扶壁柱，整體傾斜不用加固；若傾斜不穩(wěn)定，仍在增加，需考慮對地基基礎(chǔ)加固，必要時進行地基糾偏。

該圍墻的偏心距與截面高度之比超出現(xiàn)行砌體設(shè)計規(guī)范的限值，在彎矩和壓力作用下邊緣的拉應力超出規(guī)范限值，結(jié)合文獻[5]和工程經(jīng)驗，可以采取以下三種方式進行加固：

（1）可采用增加扶壁柱或加大原扶壁柱截面的方式增加有效截面高度，減小圍墻截面邊緣的拉、壓應力；扶壁柱也可以改成鋼筋混凝土構(gòu)造柱；

（2）可采用增加垂直向的短墻，與原圍墻一道抵抗水平向的彎矩；

（3）可以采用增加圈梁、構(gòu)造柱方法加固，此事圈梁、構(gòu)造柱構(gòu)成弱框架，弱框架可以承受一部分圍墻平面外的彎矩，從而減少圍墻自身承受的彎矩。與第（1）種方法相比，第（3）種方法需同時增加圈梁、構(gòu)造柱。

4.2 墻兩側(cè)填土高差大的加固處理

可以考慮在墻外側(cè)增加填土，減少墻內(nèi)外填土高差，可有效減少填土對圍墻的不平衡彎矩。

故而實際上兩側(cè)土壓力可以互相抵消。

在墻內(nèi)側(cè)做好地面硬化，做好排水，必要時直接在墻內(nèi)地坪位置沿圍墻墻身間隔1.5m～3m開洞，讓雨水等直接從墻內(nèi)洞口流走。

墻外側(cè)增加填土、壓實，再結(jié)合外加扶壁柱的加固方式，可以有效地減少圍墻傾倒的風險，大大地增加安全度。

4.3 外加扶壁柱加固

采用在扶壁柱中間間隔4m增加扶壁柱，扶壁柱位于墻體傾斜方向。柱寬0.36m、厚（含墻厚）0.48m，與原墻采用植筋連接。而在原扶壁柱位置的墻外側(cè)增加兩匹磚厚加固，寬0.36m、厚（不含墻厚）0.24m，與原扶壁柱采用植筋連接。

此時每2m一個扶壁柱，取計算長度2m，折算墻厚hT=0.576m。

軸壓力(按2m墻長)：

不難算出，式（1）、式（2）分別為下式值需注意y的不同：

受壓邊承載力滿足要求。

采用增加扶壁柱的方法進行加固時，若在墻外側(cè)不方便增加扶壁柱，也可以采用在墻內(nèi)側(cè)增加扶壁柱的方法進行加固，此時需加強扶壁柱與原圍墻之間的連接，如采用植筋的方式，詳細見圖3。

4.4 加構(gòu)造柱、圈梁加固

增加構(gòu)造柱、圈梁，組成弱框架，與圍墻協(xié)同受力，分擔一部分圍墻承受的水平荷載。采用間隔4m增加一混凝土構(gòu)造柱。柱寬0.4m、厚0.24m，混凝土強度C25，所增加圈梁、構(gòu)造柱做法示意圖見圖4。

圖4 外加構(gòu)造柱做法示意圖

此時構(gòu)造柱與圈梁組成弱框架，構(gòu)造柱是下端約束的懸臂柱，其平面外抗彎剛度約為，Ec Ic=1.74×105kN·m2。

圍墻的平面外抗彎剛度約為Ew Iw=8.33×103kN·m2。

力按剛度分配，其中弱框架分擔的彎矩占比為：

相應的圍墻本身分擔的彎矩占比為1-0.95=5%?？紤]到保險系數(shù)，將墻體分擔的彎矩放大一些，如取0.2M，其中M為原設(shè)計彎矩。

圖3外加扶壁柱做法示意圖

按彎矩0.2M=0.2×37.3=7.5kN·m，代入公式（1）、（2）驗算墻體的承載力，計算得，受拉邊應力為0.05MPa，受壓邊應力為0.4MPa，驗算結(jié)果均滿足要求。

對構(gòu)造柱，此時應按框架柱進行配筋設(shè)計，其所承受彎矩應為0.95M。

對圈梁，應按兩端鉸接梁，按比構(gòu)造要求適當放大配筋。

5 結(jié)語

本文按照《既有建筑鑒定與加固通用規(guī)范》的思路，結(jié)合圍墻實際情況，提出了相應的鑒定與加固的方法。

（1）當圍墻的實際情況在現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的適用條件以外（如e/y＞0.6），但卻在舊版設(shè)計規(guī)范（如e/y≤0.7或e/h≤0.5）之內(nèi)時，可采用舊版設(shè)計規(guī)范的公式進行驗算，但需注意新老規(guī)范的不同規(guī)定（如偏心距的計算、材料強度的分項系數(shù)）；

（2）當構(gòu)件材料強度在現(xiàn)行規(guī)范中未作規(guī)定時（如M1、M0.4時），可以查閱舊版設(shè)計規(guī)范，并注意新舊規(guī)范的材料分項系數(shù)；

（3）圍墻偏心距較小時按偏心受壓構(gòu)件驗算，偏心距較大時按壓彎構(gòu)件驗算，壓彎構(gòu)件需同時驗算受拉邊緣和受壓邊緣的承載力；

（4）圍墻兩側(cè)填土高差較大時，可考慮在內(nèi)側(cè)減少填土，或在外側(cè)增加斜坡填土并壓實，減少因填土導致的墻兩側(cè)不平衡彎矩；

（5）圍墻加固可以采用增加扶壁柱或增加鋼筋混凝土構(gòu)造柱和圈梁的方法加固，并注意區(qū)分承載力計算的方法。